ВЛИЯНИЕ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (НА ПРИМЕРЕ МЕДИ И СВИНЦА) НА СОСТОЯНИЕ И РОСТ РАСТЕНИЙ

Содержание

Тяжелые металлы в почвах и растениях

Основными источниками антропогенного поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются металлургические предприятия, тепловые электростанции, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, транспорт, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей, сжигание нефти и различных отходов и пр. Наиболее мощные ореолы тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной и особенно цветной металлургии в результате атмосферных выбросов. Действие загрязняющих веществ распространяется на десятки километров от источника поступления элементов в атмосферу. По приведенным ниже данным можно судить о размерах антропогенной деятельности человека: вклад техногенного свинца составляет 94–97 %(остальное природные источники)., кадмия-84–89 %процентов, меди-56–87 %, никеля-66–75 %, ртути -58 % [1,2].

Заметное загрязнение атмосферного воздуха и почвы происходит за счет транспорта, в том числе авиационного. Большинство тяжелых металлов, содержащихся в пылегазовых выбросах промышленных предприятий, как правило, более растворимы, чем природные соединения [3].

Тяжелые металлы — это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Появление в литературе термина «Тяжелые металлы» было связано с проявлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов. Однако в эту группу вошли и некоторые микроэлементы, жизненная необходимость и широкий спектр биологического действия которых неопровержимо доказаны. Влияние микроэлементов на жизнедеятельность животных и человека активно изучается и в медицинских целях. В настоящее время выявлено, что многие заболевания, синдромы и патологические состояние вызваны дефицитом, избытком и дисбалансом микроэлементов в живом организме и имеют общее название «микроэлементы».

Фитотоксичное действие тяжелых металлов проявляется, как правило, при высоком уровне техногенного загрязнения ими почв и во многом зависит от свойсв и особенностей поведения конкретного металла. Однако в природе ионы металлов редко встречаются изолированно друг от друга. Поэтому разнообразные комбинативные сочетания и концентрации разных металлов в среде приводят к изменениям свойств отдельных элементов в результате их антогонического воздействия на живые организмы [4].

Растительная пища является основным источником поступления ТМ организм человека и животных. По данным с ней поступают 40–80 % тяжелых металлов, и только 20–40 %. — с воздухом и водой. Поэтому от уровня накопления тяжелых металлов в растениях, используемых в пищу, в значительной степени зависит здоровье населения. Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжелых металлов растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах.

Несмотря на существенную изменчивость различных растений к накоплению тяжелых металлов, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию, позволяющую упорядочить их в несколько групп: 1) Cd,Cs, Rb — элементы интенсивного поглощения; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, Co, As –средней степени поглощения; 3) Mn, Ni, Cr –слабого поглощения; 4) Se, Fe, Ba, Te — элементы труднодоступные растениям.

Другой путь поступления тяжелых металлов в растения — некорневое поглощение из воздушных потоков. Поступление элементов в растения через листья (или фолиярное поглощение) происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. Тяжелые металлы, поглощенные листьями могут переносится в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ.

Свинец и кадмий относятся высокотоксичным металлам. В придорожных растениях количество свинца резко повышено, оно в 10–100 раз выше по сравнению с растениями, растущими вдали от дорог. Между содержанием свинца в растениях и расстоянием дерева от дороги существует доказуемая обратная зависимость. Свинец в достаточно высокой концентрации тормозит прорастание семян растений, замедляет рост корней в длину, а также образование корневых волосков. Листья отравленных свинцом растений становятся хлоротичными в межжилковых зонах. Особенно сильно поражаются молодые листья. Высокое содержание свинца в растениях негативно влияет на рост и развитие:

— снижается активность фотосистемы І и ІІ, причем фотосистема-ІІ более чувствительная к действию этого фитотоксиканта.

— оказывает ингибирующее влияние на реакцию Хилла, т. е. на способность изолированных хлоропластов на свету выделять кислород.

— в хлорпластах растений наблюдается подавление образования АТФ;

— вызывает потерю тургора клетками растений;

— прекращается деление клеток корня;

— подавляется образования корнеплодов, урожайность культурных растений;

— снижается количество каротина и аскорбиновой кислоты;

Некоторые травянистые растения, чувствительны по отношению к свинцу: ячмень, овес, пшеница, картофель. Среди дикорастущих следует отметить смолевку, которая от высокого содержания свинца приобретает карликовую форму, листья и стебли становятся темно-красными, а цветки мелкими и невзрачными [5].

Главным загрязнителем окружающей среды кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов. Кроме того кадмий поступает в атмосферу при сгорании мусора и отходов. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автодорог. Так, например в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости автодорог количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и опадают. Кадмий замедляет темпы роста растений. При внесении его в количестве 20 мг на 1 кг почвы урожай растения снижался на 50 %. По силе своего действия кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации кадмия в почве в количестве 30 мг/кг и выше. Большое количество кадмия поступает в почву при разработке и добыче цинковых руд. На таких почвах нельзя выращивать растения, ибо этот токсикант аккумулируется в тканях растений и может затем поступать в организм человека. Накопления кадмия происходит главным организм человека. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия — резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 % [6].

Поступление тяжелых металлов в растения может происходить непосредственно из воздуха с оседающей на листья и хвою пылью и транслокации из почвы: доля тяжелых металлов в составе пыли на поверхности листьев вблизи источника составляет в среднем 30 проц. от общего содержания в них тяжелых металлов. В понижениях и с наветренной стороны это доля может доходить до 60 %. По мере удаления от источника роль атмосферного загрязнения заметно уменьшается.

Главным загрязнителем атмосферы кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов. Кроме того, кадмий поступает в окружающую среду при сгорании некоторых видов топлива и особенно при сжигании мусора и отходов. Из атмосферы кадмий поступает в почву. Загрязнение ее этим элементом носит устойчивый характер, поскольку из почвы он вымывается медленно. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автомобильных дорог. Так, например в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автострад, количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и становятся хлоратичными и опадают. По силе своего действия на растения кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации этого элемента в почве в количестве 30 мг/кг. Вблизи предприятий, выбрасывающих в атмосферу кадмий наблюдается резкое снижение урожайности и даже гибель культурных растений. Накопление кадмия происходит главным образом в корнях растений (риса, пшеницы), однако часть его достигает органов. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия, резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 %. Существует прямая зависимость между содержанием кадмия в почве и поступлением его в растения.

Токсическое влияние оказывают на растения и другие металлы, загрязняющие природную среду, например бериллий, марганец, медь, хром, ванадий, цинк и др.

1. Кузнецов А. В. Контроль техногенного загрязнения почв и растений // Агрохимический вестник. –1997г. -№ 5, -С. 7–9

2. Минеев В. Г. Проблема тяжелых металлов в современном земледелии // Тяжелые металлы и радионуклиды. –М., 1994г. –С. 42–48

3. Бутовский Р. О. Тяжелые металлы как техногенные химические загрязнители и их токсичность для почвенных беспозвоночных животных //Агрохимия.-2005 г. -№ 4, -С 73–91.

4. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. –Ленинград, 1987 г. –С. 141–144.

5. Зырин Н. Г. Тяжелые металлы в почвах и растениях в районе медеплавильного завода. –м., 1986г. –С. 81

6. Артомонов В. И. Растения и чистота природной среды. –М., 1986 г. –С. 27–31.

Основные термины (генерируются автоматически): металл, растение, кадмий, окружающая среда, почва, лист, организм человека, цветная металлургия, элемент, главный образ.

Тяжёлый металл: так ли безопасны овощи с вашего огорода, как вы думаете

Любой дачник уверен, что в магазине все овощи и фрукты – «пластмассовые», на рынке – с нитратами. Зато свои редиска, клубника, помидорчики, огурчики, картошечка, укропчик и далее по списку, выращенные с заботой, любовью, душой и подобными агротехническими приёмами, – одна сплошная витаминная польза.

А вы уверены в безопасности овощей со своего огорода?

К сожалению, это не всегда так. Нитраты в овощах с огорода, щедро, по-хозяйски удобряемого навозом, могут «зашкаливать» – в отличие от продукции, предлагаемой на рынке, а сочные помидорчики и румяные яблочки, выращенные для внучков на участке между автомобильной трассой и заводом, сравнимы с боевым отравляющим оружием. Предлагаю разобраться с одним из вредных для огорода параметров – тяжёлыми металлами.

Тяжёлые металлы

Красивые сочные овощи со своего огорода могут содержать избыточное количество тяжёлых металлов

Если вы не поклонник рока, тяжёлые металлы могут вас интересовать как микроэлементы, необходимые растениям и, следовательно, людям для нормального функционирования. Потребность в них – десятые доли процента, иногда сотые и даже тысячные. Они не являются «строительным материалом» и «топливом», но зато в качестве составных частей ферментов, витаминов, белков регулируют все физиологические процессы.

Так, дефицит железа приводит к нарушению фотосинтеза у растений и анемии у человека. Недостаток марганца сказывается на синтезе хлорофилла в клетках листьев и работе мозга и нервной системы людей. Цинк участвует в клеточном обмене растений и отвечает за состояние кожи, волос, развитие и функционирование обоняния, слуха, зрения, а главное – иммунитета человека.

Красивые сочные овощи со своего огорода могут содержать избыточное количество тяжёлых металлов

Перечислять весь список не станем, потому что в данном случае нас интересует не недостаток, а, наоборот, избыток этих элементов: ни для кого не секрет, что деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды. Среди прочих особо выделяется загрязнение тяжёлыми металлами, потому что они и их соединения весьма распространены и отличаются высокой токсичностью. А главное – имеют способность накапливаться в почве, затем попадать в растения, а после – в прочие живые организмы, приводя к хронической интоксикации.

Поэтому, если в почве вашего участка тяжёлых металлов больше, чем допустимо, нужно и безопасно, помидорчики и огурчики могут стать источником медленно действующего яда. Излишки кадмия и цинка снижают усвоение организмом кальция, что ведёт к плохим зубам и хрупким костям, много кадмия и никеля – это заболевания кожи и онкология. Отравления свинцом приводят к умственной отсталости у потомства, а ртуть провоцирует психические расстройства.

Откуда берутся тяжёлые металлы в нашем огороде?

В таблице Менделеева всего около 40 элементов, так или иначе относящихся к тяжёлым металлам. Вообще-то термин «тяжёлые металлы» довольно условен. Потому что химики так и не договорились о едином способе классификации – по атомному весу, массе, плотности или ещё по какому-то параметру. Поэтому чаще всего это понятие используется в экологическом или медицинском контексте.

Особо токсичных веществ, которые требуют контроля предельно допустимой концентрации, в этом списке примерно четверть: кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром.

Практически любая деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды тяжёлыми металлами: промышленность и автотранспорт, ТЭЦ и котельные, мусоросжигательные заводы и сельское хозяйство.

Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем и в ваш организм

Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем и в ваш организм

Тяжёлые металлы могут попасть в почву вашего участка, а затем, по цепочке, и в организм – ваш и ваших близких – разными путями. Вот основные источники загрязнения.

Автомобили: в выхлопных газах содержится свинец, цинк и медь, в пыли от истирающихся покрышек – свинец, цинк, кадмий, медь.

Промышленные выбросы: мышьяк, ртуть, свинец, цинк и медь.

Органические удобрения: изготовленные из осадков сточных вод и навоза, они содержат свинец (до 80% общего количества), кадмий, цинк, медь.

Минеральные удобрения: кадмий в больших количествах может быть в примесях, содержащихся в суперфосфатах. А кроме него – свинец, хром, кобальт, никель, ванадий, цинк, медь. Свинец, цинк и медь имеются в калийных и азотных удобрениях в легко усваиваемой (в отличие от тяжёлых металлов в фосфорных удобрениях) растениями форме. Кадмий, свинец, марганец и никель также присутствуют в известковых удобрениях, изготовленных из золы от сжигания сланцев и каменного угля.

Не спешите радоваться цветению, если ваш сад находится вблизи автострады

Не спешите радоваться цветению, если ваш сад находится вблизи автострады

Понятно, что наиболее уязвимыми в плане загрязнения являются садовые участки, располагающиеся в непосредственной близости от крупных производств чёрной металлургии, производства цемента и изделий из него, подвергающихся высокотемпературному обжигу, лакокрасочных предприятий, заводов, производящих минеральные удобрения, ТЭЦ, работающих на минеральном топливе.

Читать статью Тяжелые металлы для организма человека

Площадь отрицательного действия любого такого предприятия, в зависимости от розы ветров, может достигать 1000 км². Увеличивает концентрацию тяжёлых металлов в почвах и бесконтрольное внесение удобрений – как минеральных, так и органических.

Близость автострад и железных дорог тоже не радует владельцев загородных участков: по результатам замеров, превышение ПДК по свинцу выявлялось на расстоянии до километра от крупной автомобильной трассы. А способность тяжёлых металлов образовывать растворимые в воде соединения многократно увеличивает «зону поражения» – вредные элементы перемещаются наземными и грунтовыми водами и выпадают «кислотными дождями».

Поэтому не стоит заводить огород в городской черте, а если все же решили – присмотритесь к тенденции озеленения крыш . Это не только модно, но и более экологично: вредные элементы потому и названы «тяжёлыми» – выхлопные газы скапливаются внизу, а на городских крышах относительно чисто.

Как ни парадоксально, в промышленной зоне огороды на крышах гораздо более безопасны, чем на земле

Как ни парадоксально, в промышленной зоне огороды на крышах гораздо более безопасны, чем на земле

Тяжёлые металлы сильнее накапливаются в кислых, малоплодородных, песчаных почвах. Не стоит надеяться и на то, что дача в районе старой, закрытой промзоны безопасна. Тяжёлые металлы гораздо быстрее накапливаются, нежели выводятся: удаление половины изначальной концентрации для кадмия занимает от 13 до 110 лет, цинка – от 70 до 500, меди – от 300 до 1500, а свинца – до 5900 лет.

Остаётся только продать?

на участке отсутствуют или имеются в малом количестве дождевые черви – при превышении ПДК многих тяжёлых металлов количество червей в почве резко снижается, при четырехкратном превышении они исчезают вовсе;
не живут в условиях загрязнённости и муравьи;
на деревьях нет лишайников;
у вас плохо удаются гладиолусы, бобовые и шпинат – возможно, в почве избыток меди, свёкла, морковь, репа, горох растут неважно, если много свинца;
листья на деревьях начинают желтеть раньше положенного срока;
деревья имеют маленький годовой прирост и мелкую листву;
среди насекомых-вредителей сосущие преобладают над грызущими.

Что же делать с токсичным участком? Продать? Пожалуй, это самое правильное решение, если не учитывать не слишком этичное «на тебе, Боже, что мне негоже».

Сделать продукцию с огорода более безопасной можно, улучшив состояние почвы – в случае, если она не сильно загрязнена соединениями тяжёлых металлов. Это, кстати, несложно проверить, сдав почву на анализ – услуга вполне доступна по цене. А заодно и прочий состав узнаете, и рекомендации получите – надо ли известковать , какие удобрения в каких количествах стоит вносить.

Очищаем

Растения способны впитывать тяжёлые металлы. И этим можно воспользоваться. Например, сеять, скашивать и удалять с участка белый клевер. Правда, учтите, что поначалу расти он будет крайне неохотно – клевер чувствителен к наличию в почве даже малых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди.

Не уничтожайте все сорняки на участке — они помогут защитить его от загрязнения тяжёлыми металлами

Не уничтожайте тотально сорную растительность на участке – она способна стать буфером между загрязнением и вашими грядками. Такие сорняки, как полынь и одуванчик, накапливают свинец, марганец, медь, цинк, железо. В листьях щавеля скапливается кадмий.

Пожертвуйте частью участка для создания зеленой кулисы со стороны автомобильной магистрали: трёхъярусная живая изгородь из хеномелеса, жимолости, сирени обыкновенной, чубушника, снежноягодника, шиповника морщинистого, бузины чёрной, бирючины, лещины, жёлтой акации, магонии, боярышника, туи, можжевельника в 5 раз уменьшит концентрацию сернистого газа и в 8 – диоксида азота.

Помогут защитить участок и берёзы, ясень манчжурский, дуб черешчатый, сосна. Используйте сорбенты (цеолит, вермикулит) в качестве добавки к грунту при посадке.

Создайте зеленую кулису со стороны автомобильной магистрали

Понижаем кислотность

Как уже говорилось выше, в кислых почвах соединения тяжёлых металлов более подвижны и доступны для растений. Поэтому следует регулярно раскислять почву , переводя тяжёлые металлы в недоступную для растений форму. Кроме того, нейтральная реакция почвы более благоприятна для растений.

Повышаем количество гумуса

Почвы с высоким содержанием гумуса не только более благоприятны для роста растений, но и снижают воздействие тяжёлых металлов. Мульчируйте, используйте в качестве удобрения компост и биогумус вместо навоза.

Выбираем ассортимент

Если ваш участок находится у дороги, подберите ассортимент растений, меньше всего накапливающих вредные вещества. Не стоит растить зелёные листовые овощи, откажитесь от выращивания корнеплодов (свёклы, моркови, пастернака, сельдерея).

Зеленоплодные сорта крыжовника более безопасны

В плодах и семенах тяжёлые металлы накапливаются меньше . Плодово-овощные культуры – это томаты, перцы, огурцы, кабачки, тыквы. Также специалисты считают, что фрукты с зелёной окраской более безопасны в плане накопления вредных веществ.

Накопление тяжелых металлов в растениях в зависимости от уровня загрязнения почв

В статье рассматриваются проблемы загрязнения окружающей среды от деятельности металлургической промышленности. Приведены основные загрязняющие вещества металлургического производства. Даны содержания тяжелых металлов в почве и растениях.

In the article it is considered a problem of environmental pollutioncaused by mining industry. The main polluters of thi mining and metallurgical complex are given by stages of regeneration cycle. Recommendations on refining the ecologicalcondition

Одним из основных принципов концепции устойчивого развития является: право на развитие должно быть реализовано таким образом, чтобы удовлетворять потребности в развитии сохранении окружающей среды нынешнего и будущих поколений. Так как особенность многих видов природных ресурсов проявляется в том, что их использование ограничено во времени. Уровень их потребления сегодня должен жестко предопределять возможность удовлетворения потребности в них в будущем. Именно с этой проблемой природопользования связан вопрос рационального использования природных ресурсов, так как предприятия перерабатывающей промышленности в основной своей части являются эколого-опасными. Поэтому решение данных проблем предопределяет необходимость поиска оптимального, рационального обеспечения текущих и будущих потребностей и выработки обоснованной политики недропользования и охраны окружающей среды [1]. В настоящее время воздействие человека на окружающую среду по своим масштабам превосходит способности природы к самовосстанавлению. Опасны мигрирующие отходы не полностью протекающих технологических процессов: газовые выбросы, сточные воды промышленных предприятий, содержащие токсичные соединения и попадающие в почву и водоемы [2].

Наиболее крупные загрязнители окружающей среды в Южно-Казахстанской области сосредоточены в городе Шымкент. Среди них АО ПК «Южполиметалл» расположен в территории города и оказывает существенное влияние на загрязнение окружающей среды, а неблагоприятная экологическая обстановка в районе свинцового производства складывалась годами. АО ПК “Южполиметалл” оказывает существенное влияние на накопление тяжелых металлов в почве и растениях.

Мы изучили закономерности распространения и аккумуляции тяжелых металлов растениями в зависимости от содержания их в почве и определили содержание тяжелых металлов в почве и растениях распространенных участках территории города

Для исследования использованы были следующие методы: атомно-адсорбционным метод определения содержания тяжелых металлов в почве и растениях (свинец, кадмйя, цинк и медь).

Для оценки пространственного распределения тяжелых металлов в г.Шымкент были выбраны 4 пункта исследования.

Пункт № 1 расположен в 200 м от АО ПК “Южполиметалл”. Пункт № 2 расположен на расстоянии 3 км от свинцового производства, в центре города. Пункт № 3 расположен на расстоянии 5 км в северо-восточном направлении города. Пункт № 4 — контрольный пункт, расположенный в 80 км от города. Из выше перечисленных пунктов отбирались пробы почвы и растения, как подорожник ланцетолистный (Plantago lanceolata), мятлик луговой (Paa protensis) и ячмень заячий (Hordeum leporinum), клен ясенелистный (acer negundo), тополь черный (Populus nigra), карагач (Ulmus pumila), ива Вавилонская (Salix babilonica), акация белая (Robinia pseudoacacia)

Данные о содержании тяжелых металлов в почве представлен в рисунке 1.

Как видно из таблицы, содержание свинца в почве показало, что максимальная концентрация данного элемента характерна для района металлургического производства. Содержание свинца в пункте № 1 составило 946,11 ± 5,04 мг/кг, что превышает ПДК в 27 раз, а контрольный показатель в 45 раз. Это объясняется тем, что 30–35 % промышленных выбросов оседают на территории производства. Высокотоксичный свинец является основным выбросом свинцового производства, так как происходит накопление его в почве. В других пунктах исследования по мере удаления от свинцового производства наблюдается снижение содержания свинца в почве.

Содержание цинка в почве составляет в пункте № 1 171,30±4,64 мг/кг, то-есть по сравнению с контрольным пунктом в 14 раз превышает контрольный показатель, а ПДК в 2 раза. Высокое содержание цинка так-же отмечаны в пункте № 2, оно составляет 20,65±2,14 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 10 раз, но не превышает ПДК. В других пунктах содержание цинка не превышает показатель контрольного пункта. Наиболее высокие содержания меди и кадмия так-же были установлены в производственном пункте. Во всех других пунктах содержание меди не превышает ПДК, но по сравнению с контрольным пунктом превышает контрольный показатель. Содержание кадмия во всех пунктах превышает ПДК.

Высокие содержания выше указанных тяжелых металлов установлены в районе АО ПК “Южполиметалл” (пункт № 1). В других пунктах по мере удаления от производства содержание тяжелых металлов в почве снижается.

Рис. 1. Содержание тяжелых металлов в почве (мг/кг)

Почва является важнейшим объектом окружающей среды. В отличие от других объектов окружающей среды (воздух, вода), где протекают процессы самоочищения, почва обладает этим свойствам в незначительной мере. Более того для некоторых веществ, в частности для тяжелых металлов почва является едким акцептором.

Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодейтвуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения. Таким образом идет их накопление в почве. Наряду с этим в почве под воздействием различных факторов происходит постоянная миграция поподающих в нее веществ и перенос их на большие расстояния [3].Тяжелые металлы попадающие в почву с выбросами предприятий, прочно связываются уже в верхнем слое. Максимальное содержание металлов в почвах наблюдается на расстояниях 1–3 км от источников загрязнения [4].

Данные о содержании тяжелых металлов в растениях представлены на рисунке 2,3.

Как видно из рисунка, акация белая, тополь черный и мятлик луговой аккумулирует свинец в высокой степени. Его содержание в пункте № 1 составило в акаций белой 292,9 мг/кг, что превышает ПДК 58 раз, а контрольный показатель в 15 раз. Содерание свинца в тополе 91,42 мг/кг (18 ПДК), контрольный показатель превышает в 5 раз, в мятлике луговой — 67,14 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 27 раза, а ПДК — в 13 раз. Содержание свинца в ячмене тоже высокое, оно составило 42,14±2,32 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 21 раз, а ПДК — в 8 раз. У подорожника ланцетолистного содержание свинца составляет 31,07±2,65 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 15 раз, а ПДК — в 6 раз. Анализ результатов определения содержания цинка в изучаемых видов растениий также показал различную аккумулятивную способность.

Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в растениях (Пункт № 1- район ЗАО «Южполиметалл»), (мг/кг)

Рис. 3 Содержание тяжелых металлов (Пункт № 4 — контрольный пункт), (мг/кг) ПДК: Свинец–5мг/кг; цинк–30мг/кг; кадмий–0,3мг/кг.

Максимальное содержание цинка в растениях так-же было отмечано в пункте № 1, у мятлика лугового оно составляет 48,57±3,46 мг/кг, что превышает ПДК 1,6 раза, а контрольный показатель в 12 раз. У подорожника ланцетолистного и ячменя заячего содержание цинка не превышает ПДК, но намного выше по сравнению с контрольным пунктом. Содержание кадмия во всех растениях значительно выше ПДК.

Результаты проведенных исследований показали, что с увеличением поступления в почву тяжелых металлов, соответственно повышается уровень поглощения тяжелых металлов растениями.Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о загрязнении почв и растений тяжелыми металлами металлургического производства.

1. Окружающая среда и устойчивое развитие в Казахстане. Обзор ПРООН. Алматы, 2004г. 210 с.

2. Гринь А. В., Ли С. К. Поступление тяжелых металлов в растения в зависимости от их содержания по миграции // Тезисы докладов II — Всемирного совещания по миграции загрязненных веществ в почвах и определенных сферах. Ленинград, 1980г. — С. 46–48.

3. Микшевич Н. В., Ковальчук Л. А. Тяжелые металлы в системе “почва — растения — животные” в зоне действия медеплавильного предприятия // Материалы 2 — Всесоюзной Международной Конференции по ТМ в окружающей среде и охраны природы. 1988г. — С. 127–129.

4. Садовников Л. К. Влияние промышленных предприятий на окружающую среду// Тезисы доклодов. Мониторинг содержания ТМ в почвах естественных и техногенных ландшафтов. г. Пущино, 1984г. –С.163

Основные термины (генерируются автоматически): контрольный показатель, окружающая среда, почва, контрольный пункт, металл, пункт, раз, свинцовое производство, содержание свинца, содержание цинка.

Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами

Стремительная индустриализация и интенсивная сельскохозяйственная деятельность за последние несколько десятилетий привели к накоплению различных загрязняющих веществ в окружающей среде, в особенности — тяжёлых металлов. Негативные последствия загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами представляют реальную угрозу для биосферы.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, металлоиды, почва, загрязнение, микроорганизмы, окружающая среда.

В последние десятилетия ведущим процессом, определяющим формирование эколого-геохимического состояния территории, стал техногенез. Интенсивное промышленное использование природных ресурсов вызвало существенные изменения распределения некоторых химических элементов в поверхностном слое зоны аэрации. Прежде всего это касается тяжёлых металлов, накопление высоких концентраций которых в естественной среде связано с антропогенной деятельностью. Тяжёлые металлы, как особая группа элементов, выделяются в связи с токсическим действием на живые организмы при их высоких концентрациях, значительно превышающих фоновые величины. Выбросы и сбросы техногенных объектов, с высоким содержанием тяжёлых металлов, аккумулируются в почвах, которые в значительной степени подвержены влиянию, обусловленному промышленной деятельностью человека.

Читать статью С чем связано и чем опасно загрязнение почвы тяжелыми металлами

Почва — это сложная и динамичная система. Она состоит из нескольких слоёв, которые различаются по своему физическому, химическому, минералогическому и биологическому характеру, на которые влияет климат и активность живых организмов. Кроме того, способствуя сохранению всех форм жизни, образующихся на земной поверхности, почва играет важную роль в защите грунтовых вод, действующих как коллекторный фильтр органических и неорганических остатков, способствуя связыванию возможных токсичных соединений [10, с. 661–670].

В последние годы, с развитием мировой экономики, как тип, так и содержание тяжёлых металлов в почве, вызванные деятельностью человека, постепенно увеличивались, что приводило к ухудшению состояния окружающей среды [6, c. 62–67; 6].

В конце XX-го века люди стали осознавать значение почвы как экологического компонента и признали необходимость поддерживать или улучшать способность почвы к выполнению присущих ей различных функций. В то же время учёные доказали, что почва не является неисчерпаемым ресурсом и если её использовать ненадлежащим образом, она может утратить свои характеристики за очень короткий промежуток времени, иногда даже без возможности регенерации [9, с. 161].

В прошлом загрязнению почвы уделялось гораздо меньше значения, чем загрязнению, например, воды и воздуха. Однако в последние годы люди стали осознавать всю серьёзность ситуации, поэтому проблеме загрязнения почвы уделяется всё больше внимания и горячо обсуждается на саммитах по охране окружающей среды во всём мире.

Загрязнение тяжёлыми металлами является чрезмерным осаждением токсичных тяжелых металлов в почве в результате деятельности человека. Загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами связано с наличием различных источников техногенных эмиссий поллютантов: промышленные объекты горно-металлургического, химического, топливно-энергетического комплекса, машиностроительные предприятия, разветвленная транспортная система и т. д. Среди тяжёлых металлов в почве часто встречаются металлы высокой биологической токсичности, такие как ртуть (Hg), кадмий (Cd), свинец (Pb), хром (Cr), мышьяк (As) и т. д. Также почву загрязняют такие металлы как цинк (Zn), медь (Cu), никель (Ni), олово (Sn), адид (V) и прочие.

В 2006–2015 гг. Росгидрометом проводились наблюдения за уровнем загрязнения почв токсикантами промышленного происхождения — тяжёлыми металлами, фтором, нефтью и нефтепродуктами, сульфатами, нитратами, бенз(а)пиреном. Основным источником загрязнения пахотных почв тяжёлыми металлами до (50 %) являются фосфорные удобрения. Наиболее опасны по степени загрязнения почв тяжёлыми металлами почвы многогумусовые, глинисто-суглинистые с щелочной реакцией среды: темно-серые лесные, черноземы и темно-каштановые — почвы, обладающие высокой аккумулятивной способностью [13, с. 118]. Геохимическая обстановка, присущая дерново-подзолистым почвам, не способствует аккумуляции тяжёлых металлов, однако в этих областях техногенная нагрузка настолько велика, что почвы не успевают «самоочищаться». Локальное загрязнение почв тяжелыми металлами связано, прежде всего, с крупными городами и промышленными центрами.

Опасность поступления в окружающую среду тяжёлых металлов определяется тем, что в отличие от органических загрязнителей, они не разрушаются, а переходят из одной формы в другую, в частности, включаются в состав солей, оксидов, металлоорганических соединений.

Интересно, что тяжёлым металлам присуще антагонистическое и синергетическое поведение. Иными словами, наличие одного тяжёлого металла в почве может повлиять на наличие другого. Например, ингибирующее действие Mn на общее количество минерализованного C антагонизировалось Cd. Медь и цинк, а также никель и кадмий конкурируют за те же мембранные носители в растениях. Напротив, сообщалось, что медь увеличивает токсичность цинка в яровом ячмене. Это означает, что взаимосвязь между тяжёлыми металлами довольно сложна. Различные виды одного и того же металла могут также взаимодействовать друг с другом. Наличие арсенита сильно подавляет поглощение арсената рисовыми растениями, растущими на загрязнённой почве [8, с. 123].

Тяжёлые металлы оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека по трём путям воздействия: ингаляционное, оральное и через кожу. Многие тяжёлые металлы и металлоиды настолько токсичны, что могут вызывать нежелательные последствия и серьёзные проблемы даже при очень низких концентрациях [2, c. 32]. Тяжелые металлы вызывают процесс повреждения клетки в результате окисления, так называемый окислительный стресс [8]. Что касается их токсичности, наиболее опасными тяжёлыми металлами являются As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Sn и Zn [7]. Токсичные тяжёлые металлы могут вызывать различные проблемы со здоровьем в зависимости от вида металла и его концентрации. Например, потребление неорганического мышьяка в течение длительного периода может привести к хроническому отравлению мышьяком — арсеникозу, — в результате чего повреждаются желудочно-кишечный тракт, кожа, сердце, печень. Отравление мышьяком может вызвать развитие диабета, болезни костного мозга и крови, сердечно-сосудистые, онкологические заболевания. А вот органические соединения мышьяка менее вредны для здоровья и достаточно быстро выводятся из организма.

Функционирование урбоэкосистем производит дополнительное поступление в биогеохимических циклах целого ряда опасных токсикантов, среди которых особое место занимает кадмий — элемент первого класса токсичности, который способен оказывать тератогенные, мутагенные и канцерогенные действия на организм человека. Следует отметить, что благодаря своим буферным свойствам, даже антропогенно преобразованные почвы, среди которых ведущее место занимают урбаноземы, способны депонировать кадмий в течение длительного времени, частично исключая его избыток из кругооборота.

Интоксикация солями кадмия вызывает повреждение печени и почек, приводит к снижению плотности костной ткани, к нестерпимым болям в суставах и позвоночнике. Эти симптомы известны как болезнь итай-итай («ой как больно»). При ингаляционном воздействии кадмий чрезвычайно канцерогенен.

Отравление свинцом наносит неврологический ущерб, приводит к снижению уровня IQ, внимания, к нарушению координации рук, вызывает энцефалопатию, ухудшает состояние костей, гипертонию, болезнь почек.

Воздействие метилртути, наиболее вредной формы ртути, влияет на развитие мозга, что приводит к снижению уровня IQ. Ртуть приводит к повреждению центральной нервной и желудочной систем, влияет на координацию, зрение и чувство осязания, повреждает почки, сердце, печень. Интоксикация вызывает тревогу, беспокойство, депрессивное состояние, раздражительность, тремор [4].

Отравление медью вызывает повреждение головного мозга и почек; цирроз печени, хроническую анемию, желудочное и кишечное раздражение. Никель вызывает аллергический дерматит, при ингаляционном воздействии возникает угроза рака лёгких, носа, горла, желудка. Оказывает токсическое воздействие на иммунную, репродуктивную системы, кровь, имеет нейротоксическое и генотоксическое действие, повреждает печень, вызывает потерю волос. Избыток цинка приводит к головокружению и усталости.

Некоторые тяжёлые металлы, такие как As, Cd, Hg, Pb не оказывают существенное влияние на рост растений, поскольку им не присуща какая-либо известная физиологическая функция в жизненном цикле растений, но такие металлы как Cu, Fe, Mn, Mo, Ni и Zn являются важными элементами, необходимыми для нормального роста и метаболизма растений. Но избыток этих веществ может привести к существенному отравлению растения.

Поглощение тяжёлых металлов растениями и последующее накопление вдоль пищевой цепи представляет собой потенциальную угрозу для здоровья животных и человека. Поглощение корнями растений является одним из основных путей поступления тяжёлых металлов в пищевую цепь. Поглощение и накопление тяжёлых металлов в растительной ткани зависит от многих факторов: температуры, влажности, органического вещества, PH, питательных веществ и т. д. [5].

Загрязнение грунта сопряжено также с ухудшением качества воды, потому что тяжёлые металлы могут попадать в питьевую воду и становиться источником заболеваний для человека и животных.

Накопление тяжёлых металлов в растениях происходит также в зависимости от вида растений. Повышенный уровень свинца в почве может снизить её продуктивность, а очень низкая концентрация может ингибировать некоторые жизненно важные процессы, такие как фотосинтез, митоз и водопоглощение [3]. Тяжёлые металлы потенциально токсичны для растений, их концентрация приводит к хлорозу, слабому росту растений, снижению урожайности и может даже сопровождаться снижением поглощения питательных веществ, нарушением в метаболизме растений и снижением способности фиксировать молекулярный азот в бобовых растениях.

Повышение общего содержания тяжёлых металлов в почве сопряжено с увеличением относительного содержания более подвижных соединений металлов, что свидетельствует о снижении способности почвы защищать сопредельные среды от загрязнения.

Загрязнение металлами влияет на фауну и микрофауну почвы. При повреждении лесного покрова в лесной подстилке падает численность насекомых (клещей, бескрылых насекомых), при этом количество пауков и многоножек может оставаться стабильным. Страдают и почвенные беспозвоночные, часто наблюдается гибель дождевых червей. Дикие виды древесных растений на загрязнённых территориях формируют листовую пластинку меньшей площади, большей толщины, с меньшим содержанием хлорофиллов, кратно снижается в них активность клеточных ферментов.

Как уже было отмечено, в загрязнённых металлами почвах существенно меняются важнейшие микробиологические и химические свойства. Ухудшается состояние микробоценоза. Концентрации тяжёлых металлов оказывают влияние на биологическую активность почвенных микроорганизмов. Загрязнение почвы тяжёлыми металлами оказывает давление на чувствительные микроорганизмы, изменяя разнообразие почвенной микрофлоры, которая представляет собой трофические группы микроорганизмов. Самую высокую чувствительность к загрязнению тяжёлыми металлами проявляют олиготрофные бактерии, что указывает на то, что ограничение бактериального сообщества более выражено в почвах, состояние которых неудовлетворительное по органическому веществу и содержанию питательных веществ.

Почвенные микроорганизмы, как свободноживущие, так и симбиотические почвенные микробы в ризосфере растений, растущих на загрязнённых тяжёлыми металлами почвах, могут увеличить производство биомассы растений и усилить процесс фиторемедиации. Однако тяжёлые металлы влияют на рост, морфологию и метаболизм почвенных микроорганизмов через функциональные нарушения, денатурацию белка или разрушение целостности клеточных мембран. Почвенные микроорганизмы необходимы для разложения органического вещества почвы; любое уменьшение микробного разнообразия или обилия может отрицательно повлиять на способность растений поглощать питательные вещества из почвы. Повышенные уровни тяжёлых металлов в почвах оказывают значительное влияние на численность популяции и общую активность почвенных микробных сообществ. Несколько исследований, в зависимости от используемых методов изоляции, показали, что загрязнение тяжелыми металлами привело к сдвигам в микробных популяциях.

Также была замечена корреляция между повышенными уровнями никеля и хрома в почве и амплитудой землетрясений. Землетрясения связаны с конкретными геологическими особенностями и границами плиток.

Высокий уровень техногенной нагрузки на геологическую среду обусловил комплексные изменения геохимических условий. Эти изменения привели к устойчивому ухудшению природной обстановки и получили трансграничный характер. Техногенез вызвал значительные изменения элементного состава компонентов биосферы. Наиболее ярко это проявляется в загрязнении почвы тяжёлыми металлами, которые являются наиболее опасными токсикантами с экоцидными свойствами.

Загрязнение тяжёлыми металлами может повлиять на всю окружающую среду, но серьёзная экологическая проблема и самые длительные последствия человеческой деятельности — загрязнение почв. Накопление тяжёлых металлов в почве происходит в результате добычи, плавки металлических руд, промышленных выбросов и применения пестицидов, гербицидов и удобрений. Металлы, такие как Cd, Cu, Pb, Zn и металлоиды (например, As), считаются загрязнителями окружающей среды ввиду их стойкости, биоаккумулятивности и способности оказывать серьёзное негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду.

Основные термины (генерируются автоматически): металл, окружающая среда, почва, загрязнение, загрязнение почвы, загрязнение почв, ингаляционное воздействие, органическое вещество, пищевая цепь, техногенная нагрузка.